电子背散射衍射技术在晶界工程中的应用

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1、电子背散射衍射技术在晶界工程中的应用【摘要】 在简要介绍晶界工程(GBE)的起源、分类和定义的基础上，归纳了电子背散射衍(EBSD)技术在GBE研究领域的应用。重点讨论了基于EBSD技术的晶界特征分布(GBCD)测定取向差法、低指数晶界面测定单一截面迹线法和晶界面特征分布(GBPCD)测定五参数法。最后，就晶界工程相关基础研究对EBSD技术提出的新要求做了展望。【关键词】 EBSD晶界工程   ApplicationofEBSDtechniqueingrainboundaryengineering

2、  WANGWeiguo(DepartmentofMetallicMaterials,SchoolofMechanicalEngineering,ShandongUniversityofTechnology,Zibo 255049, China)   Abstract:Basedonabriefintroductiontograinboundaryengineering(GBE),theapplicationsofelectronbackscatterdiffraction(EBSD)techni

3、queinGBEissummarized.EBSDassistedmisorientationmethodforthedeterminationofgrainboundarycharacterdistribution(GBCD),singlesectiontracemethodfortheanalysisoflowindexgrainboundaryplaneandfiveparametermethodforthemeasurementofgrainboundaryplanecharacte

4、rdistribution(GBPCD)arediscussedsignificantly.Finally,thechallengestoEBSDtechnique,evokedbythefundamentalresearchrelevanttoGBE,areprospected.   Keywords: EBSD;grainboundaryengineering   1晶界工程简介  上世纪五十年代末，Aust和Rutter［1］在研究高纯铅晶界迁移速率(migrationrate)时发现，在3

5、00℃条件下，∑5和∑7这类低∑重位点阵(coincidencesitelattice，简称CSL)［2］晶界的迁移速率是一般大角度晶界迁移速率的一百倍左右。这一结果很快引起人们的普遍关注，并在上世纪六、七十年代出现了一个利用双晶技术来研究晶界特性的热潮。到上世纪八十年代中期，大量的研究结果［3］表明，相比于一般大角度晶界，低∑CSL晶界在某些方面表现出一些特殊性能，如低的扩散率和轻微的晶界偏聚以及由此而引起的低的晶界滑动率、高的晶界开裂阻力、低的晶界硬化率和低的电阻率等特性。因此，Watana

6、be［4］在总结前人研究结果的基础上1984年首先提出“晶界工程”（grainboundaryengineering,简称GBE）的概念。其中心思想是：在CSL晶于界模型框架内，某些多晶材料中总是存在一些其性能或性质有别于一般大角度晶界（HABs）的低∑（∑≤29）CSL晶界，这类晶界被称作“特殊晶界”(SBs)；人们总是可以通过优化形变和热处理程序来改变某些材料中特殊晶界的数量和分布，从而改善材料的某些与晶界相关的宏观使用性能。可见，GBE要解决的主要问题就是如何优化多晶材料中的晶界特征分布（G

7、BCD）。自上世纪九十年代以来，随着电子背散射衍射（EBSD）技术的成熟，GBE研究得到快速发展。到目前为止，人们在几种中低层错能面心立方金属如奥氏体不锈钢、镍基合金、黄铜和铅钙基合金的GBCD优化研究中取得重要进展［5］，主要是通过在合金中引入大量可迁移的非共格∑3退火孪晶界［6］来优化合金的GBCD。另外，人们也发现［7］，通过恰当控制材料的织构组分，也可以较好地优化某些高层错能金属如铝及其合金的GBCD。    电子背散射衍射技术在晶界工程中的应用如果跳出CSL晶界模型框架,单从特殊晶界与改

8、善多晶块体材料使用性能的角度考虑，“晶界工程”所涵盖的研究工作早在上世纪六十年代就开始、并且已经取得了巨大的成功。在这方面，有两个最具代表性的实例：一是在不锈钢中添加Ti可以避免晶界贫Cr,这可以显著减轻材料的沿晶界腐蚀；二是在NiAl金属间化合物中添加B或Zr可改善晶界特性，这可以从根本上增加金属间化合物的塑性［8］。此外，近几年来，Lejeck等人［9］的研究表明，在完成初次再结晶的体心立方材料中存在着大量〈100〉晶带内的倾侧对称或非对称一般大角度晶界{0hl}或{0k1l1